汽车倒车提示及测速器毕业论文.docx
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汽车倒车提示及测速器毕业论文
武威职业学院
毕业论文(设计)
题目
专业班级:
学生姓名:
指导教师:
提交日期:
200年月日
目录2
摘要4
引言5
第一章绪论6
1、研究背景及意义6
2、国内外研究现状6
3、本文研究内容7
第二章系统总体设计8
1、方案设计与论证8
1.1控制器的选择8
1.2显示子系统设计8
1.3声音报警设计8
2、系统总体结构8
3、本章小结9
第三章系统硬件设计10
1、单片机AT89S5210
1.189S52引脚介绍10
1.289S52的主要特性10
2、超声波发射电路11
3、超声波接收电路11
3.1红外遥控接收器11
3.2工作过程12
4、显示电路12
5、电源电路13
6、本章小结14
第四章系统程序设计15
1、超声波测距测速器的软件规划15
2、初始化子程序16
3、超声波发射模块的设计17
4、超声波接收模块的设计19
5、距离计算模块的设计20
6、显示模块的设计20
7、本章小结22
第五章结论23
1、论文总结23
2、感想23
致谢25
参考文献26
摘要
社会时代的快速发展,汽车在人们日常生活中越来越重要,随着汽车的日益普及,由于碰撞而引发的事故也越来越多,其中倒车碰撞、超速碰撞占碰撞事故的大部分。
为提高汽车倒车的安全性和尽量防止超速等问题、提高安全性,本文设计了一种基于单片机的汽车倒车提示及测速器系统。
该系统是以AT89SC52单片机为控制核心,利用时间差检测法进行测距、测速的,从而实现汽车安全行驶与泊车的目的。
本文在介绍超声波测距、测速系统功能的基础上,提出了系统的总体设计方案,分析了基于超声波测距、测速的汽车倒车报警系统各部分的硬件及软件实现。
硬件部分主要由超声波发射电路、超声波接收电路、LED显示电路、蜂鸣器报警电路等。
软件部分采用模块化设计思想,整个程序的编写分主程序、显示子程序、蜂鸣器报警程序等模块。
本文还对系统进行了性能分析,说明误差产生的原因及解决办法。
本设计通过对各模块的硬件和软件的设计,基本能够达到设计要求,满足汽车倒车、测速的安全指标。
关键字:
AT89SC52单片机,超声波测速,测距,LED
引言
超声波测距仪,可以应用在汽车倒车及测速、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控,也可以用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。
要求测量范围在0.10-5.00m,测量精度1cm,测量时与被测物体无直接接触,能够清晰稳定地显示测量结果。
由于超声波指示性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的测量,如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。
利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的要求,因此在很多领域的研制上也到了广泛的应用。
此设计主要对利用超声波测距、测速仪来对汽车倒车提示及测速器应用的介绍,能测量并显示车辆后部距障碍物的距离,并能发出“嘟嘟”声报警。
该仪器由单片机计算机控制电路、超声波接收电路、超声波发射电路、报警电路、数字显示电路及壳体构成。
随着汽车的日益普及,停车场变的越来越拥挤。
这些车辆与其他车辆非常接近,在停车场穿行、掉头或倒车时碰撞和拖挂的事故经常发生。
本设计正是通过这一状况提出了基于单片机控制的汽车倒车报警器的设计方案。
本设计针对超声波测量距离,通过发射和接收到超声波的时间间隔来算出同一时间的车尾距离障碍物的距离,本文介绍了超声波接收电路、超声波发射电路、显示电路的硬件设计和整个系统的软件设计。
第一章绪论
1、研究背景及意义
随着现代生活节奏的加快,交通事故发生的频率也在增加,汽车倒车提示及测速系统也就应用而出。
经过调查,绝大多数驾驶员都希望有一种能发现汽车尾部障碍物的“后视眼”。
因此我们需要设计一种既经济又实惠的汽车倒车提示及测速器。
已解决驾驶员的“后顾之忧”。
一个由单片机控制的汽车倒车提示及测速器就能满足这种需求。
该仪器将单片机的实时控制及数据处理功能、超声波的测距技术、传感器技术相结合,能测量并显示车辆后部障碍物离车辆的距离,方便了驾驶员在泊车和启动车辆时前后左右探视所引麻烦,并帮助驾驶员扫除视野死角和视线模糊的缺陷,提高了驾驶的安全性。
2、国内外研究现状
汽车倒车提示及测速器应该包含有总控制器、测距测速传感器、语音提示及图像显示部件等。
各部件有机的结合起来,实现测距、测速及提示功能。
蜂鸣器提示才是倒车测距、测速仪系统的真正的开始。
蜂鸣器越急,表示车辆距障碍物越近。
虽然司机知道有障碍物,但不能确定障碍物离车有多远,对驾驶员帮助不大。
之后液晶荧屏显示的出现是一个质的飞跃,特别是荧屏显示开始出现动态显示系统,不用挂倒档,只要发动汽车,显示器上就会出现汽车图案及车辆周围障碍物的距离。
动态显示,色彩清晰漂亮,外表美观,可以直接粘贴在仪表盘上,安装很方便。
不过液晶显示器外观虽精巧,但灵敏度较高,抗干扰能力不强,所以误报也较多。
现在比较先进的倒车测距测速仪应该算是魔幻镜倒车测速仪了,它结合了前几代产品的优点,采用了最新仿生超声雷达技术,配以高速电脑控制,可以全天侯准确地测知2米以内的障碍物,并以不同的等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。
魔幻镜倒车雷达把后视镜、倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气污染显示等多项功能整合在一起,并设计了语音功能。
因为其外形就是一块倒车镜,所以可以不占用车内空间,直接安装在车内倒视镜的位置。
而且它颜色款式多样,可以按照个人需求和车内装饰选配。
近年来由于电子技术的飞跃发展,使得相关技术日新月异,尤其是汽车电子产业的迅速发展,使得高度信息化、电子化的车辆研制有了基础。
目前主流的汽车倒车测距测速仪都是以单片机为核心的智能测距测速传感系统。
这种测距测速仪能够连续测距测速和显示障碍物距离,并采用间歇不同的鸣叫声进行报警和提示距离,以尽量不占用驾驶员的视觉。
此外,汽车电子系统网络化发展还要求作为驾驶辅助系统子系统的测距测速仪具有通信功能,能够把数据发送到汽车总线上去。
此外,从成品来讲,目前的汽车倒车测距测速仪主要是以数码管或者液晶屏的精确显示和精确地语音播报为主。
这个时期主要是采用以单片机为核心的智能测距测速传感系统,能够使得汽车驾驶辅助系统更加简便实用、易用,而且达到了汽车电子系统网络化的发展需求。
使得它成为驾驶员们不可或缺的必需品,让汽车驾驶更安全。
3、本文研究内容
本文设计的汽车倒车提示及测速器要能够连续测距,经过单片机综合处理后,采用间歇不同的鸣叫声进行语音报警和显示距离,它包括了超声波测距部件、控制单元AT89SC52、语音模块和显示部件等。
论文构成主要由以下部分组成:
第1章包括研究背景、意义及相关技术在国内外的研究现状。
第2章为系统总体设计方案。
首先介绍汽车倒车提示及测速器的设计要求,详细介绍测距测速系统传感器的选择、显示报警系统的方案设计,然后提出本系统总的方案设计。
为其后的硬件设计奠定了基础。
第3章为系统硬件设计。
首系分析超声波传感器的工作原理。
然后具体讨论测距模块中的超声波发射电路和超声波接收电路以及测距模式电路的硬件设计。
最后介绍了系统显示报警模块电路的设计。
第4章为系统软件设计。
在软件设计中采用模块化设计思想,分别对系统的主程序模块、测距模块、中断检测模块、语音模块和显示模块的程序进行了软件设计。
第5章为论文结论。
第二章系统总体设计
1、方案设计与论证
本设计实现汽车倒车防撞报警、超速报警,为了实现这功能,需要多方面的内容相结合,主要需要解决的有核心控制芯片、距离测量、距离显示等等。
从技术手段来看,本设计能够最主要的是距离测量,其他都围绕着距离测量展开,距离测量最主要的设备当属传感器,选择了好的传感器再经由合适的核心芯片处理即能达到所需精度,下面就对控制器、传感器、显示方案以及语音提示方案的选择做以下论述。
1.1控制器的选择
51系列单片机具有功能强、抗干扰能力强、软硬件资源都比较丰富等特点,其外围接口电路简单,具有很高的性价比,成本低,而且它经过多年的发展,技术也相当成熟。
它与工业标准MCS-51的指令和引脚兼容,因而是一种功能强大的微控制器,它对很多嵌入式控制应用提供了一个高度灵活有效的解决方案。
总而言之,AT89SC52有设计简单、体积小、安装简易、成本低等特点,此外考虑到我自己对于单片机的掌握程度,我选择了AT89SC52作为系统控制器。
1.2显示子系统设计
显示器是一个典型的输出设备,而且其应用是极为广泛的,几乎所有的电子产品都要使用显示器,其差别仅在于显示器的结构类型不同而已。
最简单的显示器可以用LED发光二极管,设计简单,易于安装,成本只要几元,但给出的只是一个简单的开关信息,而复杂的较完整的显示器应该是CRT显示器或者屏幕较大的LCD液晶屏,。
从能够实现显示功能以及个人设计简单方便方面考虑,本设计中采用LED实现显示功能。
1.3声音报警设计
由于在该设计中只涉及到简单的报警声音,可以直接用单片机的某一引脚产生方波控制。
我采用简单的蜂鸣器来实现该功能。
2、系统总体结构
按照系统所需功能,系统硬件结构可以划分为四大主要模块:
测距系统、测速系统、控制系统以及显示和语音报警系统。
系统总体结构框图如2.1所示。
图2-1系统总体结构框图
其中测距、测速系统有超声波发射、接收系统构成;控制部分以AT89S51单片机为核心,其P1.0口输出低电平控制超声波发射电路产生40KHz的超声波,利用外部中断检测超声波接收电路输出的返回信号;显示报警部分是由显示系统构成,其中显示系统采用简单实用的8段LED数码管。
3、本章小结
本章从整体上介绍了超声波的构成和组成,由控制器、测距传感器、显示系统和声音报警。
控制部分以AT89SC51单片机为核心,其P1.0口输出低电平控制超声波发射电路产生40KHz的超声波,利用外部中断检测超声波接收电路输出的返回信号;测距系统有超声波发射、接收系统构成;显示报警部分由显示系统及语音系统构成,其中显示系统采用简单的8段LED数码管。
第三章系统硬件设计
汽车倒车提示及测速器由超声波传感器、控制器和显示器、蜂鸣器等部分组成。
汽车倒车提示及测速器采用超声波测距方法,在控制器的控制下由传感器发射超声波信号,当遇到障碍时,产生回波信号,传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理,判断出障碍物的位置,有显示器显示距离并发出警示信号,从而达到安全泊车的目的、
1、单片机AT89S52
本设计采用AT89S52作为系统控制器。
它提供以下标准功能:
图3-1AT89S52
1.189S52引脚介绍
(1)输入/输出引脚(I/O口线)
P0.0~P0.7:
P0口8位双向I/O口,占39~32引脚;
P1.0~P1.7:
P1口8位准双向I/O口,占1~8引脚;
P2.0~P2.7:
P2口8位准双向I/O口,占21~28引脚;
P3.0~P3.7:
P3口8位准双向I/O口,占10~17引脚;
(2)控制口线
PSEN(29脚):
外部程序存储器读选通信号。
ALE/PROG(30脚):
地址锁存允许/编程信号。
EA/VPP(31脚):
外部程序存储器地址允许/固化编程电压输入端。
RST/VPD(9脚):
RST是复位信号输入端,VPD是备用电源输入端。
(3)电源及其他
VCC(40脚):
电源端+5V。
GND(20脚):
接地端。
XTAL1、XTAL2、(19~18脚):
时钟电路引脚。
1.289S52的主要特性
兼容MCS51产品;8K字节可擦写1000次的在线可编程ISP闪存;4.0V到5.5V的工作电源范围;全静态工作:
0Hz~24MHz;3级程序存储器加密;256字节内部RAM;32条可编程I/O线;3个16位定时器/计数器;8个中断源;UART串行通道;低功耗空闲方式和掉电方式;通过中断终止掉电方式;看门狗定时器;双数据指针;灵活的在线编程(字节和页模式)。
2、超声波发射电路
超声波发射电路主要由555振荡器和一个共发射极放大电路构成。
其原理图如图3-2所示
图3-2发射电路原理图
555定时器是一种多用途的数字--模拟混合集成电路,利用它能及方便地构成施密特触发器,单稳态触发器和多谐振荡器。
在这里我们利用其构成了多谐振荡器产生的40KHz的波形。
图3-3是定时器NE555的电路框图,它由比较器A1和A2、基本RS触发器等三部分组成。
图3-3定时器NE555的电路框图
3、超声波接收电路
超声波接收器主要由超声波接收探头和红外线检波接收集成电路两部分组成。
具体电路如图3-3所示。
图3-3超声波接收电路
3.1红外遥控接收器
CX20106A是日本索尼公司生产的彩电专收器,采用8脚直插式,超小型封装,+5v供电,其引脚功能与维修数据见表3-1:
表3-2引脚功能与维修数据
序号
符号
功能
直流电压(v)
对地电阻(KΩ)
备注
开机
待机
红笔接地
黑笔接地
1
IN
红外信号输入端
1.5
1.25
13.2
4.2
2
C1
增益调节端
1.4
1.5
15.1
9.8
3
C2
检波端
2.2
1.25
13.2
10.1
4
GND
接地端
0
0
0
0
5
F0
带通滤波器调整端
1.1
1.2
15.1
10.2
6
C3
积分端
1.0
1.2
15.5
10.1
7
OUT
信号输出端
2.8
3.5
13.6
9.2
电压有波动
8
Vcc
电源端
5.0
5.6
4.0
3.8
3.2工作过程
其工作过程为:
当超声波接收探头接收到超声波信号时,压迫压电晶片作振动,将机械能转化成电信号,红外线检波接受集成芯片CX20106A接到电信号后,对所接信号进行识别,若频率在38KHz左右,则输出低电平,否则输出高电平。
4、显示电路
显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管,从P0口输出段码,列扫描采用P2.0——P2.3口,使用9012三极管作为列驱动。
本电路的显示方式属于动态方式,在这种动态显示方式中,各显示并连在一起,共用一个驱动器,为了控制各LED数码管轮流工作,各显示位的公共端与列驱动电路相连,这样就可以依次输出每一显示位的笔段代码和位扫描码,轮流点亮各数码显示管,实现动态显示的目的。
为了防止产生闪烁现象,数码管刷新频率为30Hz,为了不因为显示时间的缩短而影响亮度,我们适当增加了驱动电流。
其显示电路如图3-4所示。
图3-4显示电路
5、电源电路
汽车倒车提示及测速器由集成直流稳压电源。
在这个系统中,因为分有发射和接收两个部分,所需要分开进行供电。
为了提供发射部分的功率,发射部分采用12V供电,而接收部分则由采用5V电压供电。
为得到+5V和+12V电压,采用三端稳压块,电路如图3-5所示:
图3-5电源电路
6、本章小结
本章是论文的核心部分,主要阐述的是课题的系统硬件设计部分那其中包括系统构成、主控制器、超声波接收电路、超声波发射电路、显示电路、电源电路。
通过这些系统的组合工作实现测距测速器的功能。
第四章系统程序设计
超声波测距测速系统的软件主要由主模块、超声波发射模块、超声波接收模块、显示模块及距离计算模块构成。
主模块用于循环检测并且保存测量结果以及计算相关参数于寄存器中;超声波发射模块主要是通过三极管导通来控制超声波的发送;超声波接收模块主要用于停止定时器计时、转存计时值并置位接收成功接收标志位,而显示模块则主要是显示超声波测量的距离。
下面具体介绍各程序的设计过程。
1、超声波测距测速器的软件规划
本设计的软件设计必须充分考虑到AT89C52的硬件和软件的特点,同时充分利用其内部资源包括存储资源、功能部件等。
其程序主要包括五个功能模块:
主模块、超声波发射、超声波接收、距离计算模块及显示模块。
图4-1描述了各模块功能及相互之间的关系。
图4-1各程序模块功能及相互关系
主模块主要分为初始化子程序及各子程序的调度管理等部分。
其工作流程是:
通电后首先对系统进行初始化(此时555开始振荡,T0也开始计时),紧接着调用显示子程序,显示完后判断有没有超声波被接受,若有,则停止计时并将计时值送入距离计算子程序,然后将所测距离显示1秒,最后返回进行下一轮测距,若没有信号进来,则继续调用显示子程序。
具体如图4-2所示。
2、初始化子程序
就测距而言,由于使用了AT89C52的若干个I/O口,因此对它的初始化包含两个方面:
(1)端口、数据存放区及寄存器的初始化;
(2)外部中断和定时器的初始化。
其过程是:
设置堆栈及脉冲个数,清除数据存储区及成功标志位,然后是设置定时器的工作模式和初值,置位个端口(此时555振荡器被开启),开启定时器和外部中断,最后返回。
具体见图4-3所示。
图4-3初始化子程序
图4-2主程序流程图
3、超声波发射模块的设计
由于本设计采用硬件产生超声波,因此这部分比较简单,主要由定时器TO来实现。
具体控制是:
555复位端口接在单片机的某一端口上,只要单片机通过向这个端口发送高低电平来控制超声波的发送与不发送,就可以实现计时器与发送超声波的同步。
当定时器中断,进入中断程序除了重装初值外还有一个任务就是向P1.0发一个高电平,允许555振荡,产生超声波并通过探头向外发出,然后开启定时器允许中断,最后返回,具体见流程图4-4所示。
返回
图4-4TO中断子程序
4、超声波接收模块的设计
超声波接收模块主要有外部中断子程序来实现。
其主要过程是:
当有外来信号输入时,将触发外中断,向CPU申请中断进入外中断子程序后,第一,关定时器停止计时以及关所有中断;第二,将定时器的计时值载入处理单元;第三,置成功接收标志位。
见流程图4-5所示。
图4-5外部中断子程序
5、距离计算模块的设计
距离计算模块是超声波测距测速器最难实现的模块。
程序设计的关键在于得到超声波的发送与接收的时间差的获取。
而时间差的获取则是通过定时器0的计数来实现的,即在发射超声波后启动该定时计数,得到第一个回波信号停止计数。
计时值为2个字节,高字节存在TH0,低字节存在TL0中。
其中T0为计数器T0的计数值。
最后将计算出距离,以十进制BCD码方式送往LED显示,具体见流程图4-6所示。
6、显示模块的设计
本设计采用4位数码管作为显示器,其显示程序实际上包括两个部分:
(1)编程时的配置:
主要是设置数据首地址和扫描初值。
(2)字写入操作部分:
主要是查表取数,动态显示。
其具体过程为:
由于数据首地址和扫描初值前面已经设置,现在只需屏蔽P0口,扫描P2口,查表取数送P0显示,延时后数据地址加1然后判断四位数码管有没有显示完,如果四位显示完了则屏蔽P0、P2口,最后跳出显示程序;如果还没有显示完则扫描值右移并保存,最后返回继续显示。
具体如图4-7所示。
图4-7显示程序流程图
图4-6计算距离流程图
7、本章小结
本章主要介绍了系统的软件设计部分,其中包括:
超声波测距测速器的规划、主模块的程序设计、超声波发射模块的设计、超声波接收模块的设计、距离计算模块的设计和显示模块的设计。
本章主要通过文字叙述和流程图来介绍了本设计的功能显示过程。
第五章结论
1、论文总结
经过几个月的努力,终于按照毕业设计进度要求如期完成了实用汽车到车提示及测速器的控制系统的硬件设计和软件编写任务。
在做毕业设计的过程中,虽然碰到了不少的困难,但是在老师的指导以及自己的努力下,终于取得了一定成果。
一、主要工作及结论
1、熟悉AT89SC52芯片的功能及工作特性,掌握其接口扩展方法。
2、通过对数据采集的分析,了解了各种传感器、对超声波的理解也有所加深。
二、存在的问题
1、电子电路的设计中对各种影响因素的考虑不够完全,比如在对过电压情况的处理中未作防范措施。
2、对某些电路还不太熟悉,对芯片的认识还太浅。
4、对各种实用芯片价格了解不够,选择上仍有欠缺。
这些都是我以后要继续研究、继续学习的内容。
2、感想
回顾起下半学期的毕业设计阶段。
刚开始自己感觉汽车倒车提示及测速器的原理很简单,应该不会费什么功夫就能完成,实际的操作远非理解原理这么简单。
譬如,同样是单片机,型号却有很多种,到底选择哪种,为什么要选择它而它又有什么好处都需要我更深入地了解多种机型及目前的流行趋势,才能做出决定。
认识到这些问题后,我开始不断的出入图书馆查阅课题的相关资料,并充分运用网络这个现代化工具,在各个网站上收集资料。
终于,经过将近一个月的努力,我对课题的各个方面都比较熟悉了,形成了自己的设计方案。
以后的工作也就很顺利地按照自己的设计思路完成了。
当然,在具体操作时,也常会碰到各种问题,但我都能通过查资料或向老师请教把问题解决掉,并在解决问题的过程中把细节认识得更清楚,得到更多的设计灵感,使设计也在这过程中不断完善。
总的来说,只要积极参与了毕业设计这最后一项作业,肯定是收获匪浅。
在毕业设计中,我才发现,两年中我们还有很多东西都不曾了解,有很多东西我们都还没有熟练掌握。
通过毕业设计,使我将这两年所学到的知识得到了系统化、贯穿成了一条线。
致谢
本设计工作是在我的指导老师的精心指导和悉心关怀下完成的,在我的学业和设计工作中无不倾注着老师辛勤的汗水和心血。
老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受的启迪。
从尊敬的老师身上,我不仅学到了扎实、宽广的专业知识,也学到了做人的道理。
在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。
在我的设计(论文)撰写过程中,老师也提出了宝贵的意见和建议,给了我莫大的帮助,在这里向他们表示深深的感谢。
在多年的学习生活中,还得到了许多学院领导、系领导和老师的热情关心和帮助。
最后,向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意!
衷心地感谢在百忙之中评阅我的设计(论文)和参加答辩的各位老师!
参考文献
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[8]宋燕铭:
高速公路不停车收费系统的发展前景与解决方案[J],湖南交通科技。
2000
附录元件清单
规格/参数
原件序号/名称
封装
数量
100μF
C9
CD0.1-0.220
1
1μF
C10
CC0.140
1
30pF
CY1,CY2
CC0.100
2
IN
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